Iniciativa apoiada por centros de pesquisa, universidades, órgãos governamentais e Forças Armadas integra avanços matemáticos, poder computacional e cooperação global para enfrentar os desafios das mudanças climáticas, sendo assunto de painel de discussão da SBMAC
A Sociedade Brasileira de Matemática Aplicada e Computacional (SBMAC) tem atuado de forma estratégica no avanço da modelagem matemática voltada às mudanças climáticas. A entidade mantém o Grupo de Trabalho para o Avanço e Desenvolvimento de Modelos Matemáticos e Computacionais em Mudanças Climáticas e seus Efeitos, que acompanha de perto iniciativas nacionais de grande impacto, como o Projeto MONAN.
MONAN é a sigla para Modelo para Previsões de Oceano, Terra e Atmosfera, projeto desenvolvido com o objetivo de oferecer previsões mais precisas e confiáveis para as condições tropicais e subtropicais da América do Sul. Trata-se de um esforço nacional que reúne centros de pesquisa, universidades e Forças Armadas sob a égide do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI).
O líder do projeto e chefe da Divisão de Modelagem Numérica do Sistema Terrestre do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) é o pesquisador Saulo Ribeiro de Freitas. Para ele, a motivação central para a criação da ferramenta foi a necessidade de avançar na qualidade, na usabilidade e na antecipação das informações de tempo e clima.
“Prever o tempo e o clima é considerado um dos maiores desafios técnico-científicos da humanidade. A atmosfera é um sistema caótico, e erros iniciais crescem rapidamente, degradando o realismo das previsões. Com as mudanças climáticas e a maior frequência de eventos extremos, tornou-se essencial criar o MONAN para proteger a sociedade e o patrimônio”, explica Saulo, que completou sua graduação e pós-graduação na área de Física.
Um modelo comunitário e unificado
Um dos diferenciais do MONAN é o fato de ser concebido como um modelo comunitário e unificado, reunindo instituições e especialistas de diferentes áreas e regiões do Brasil e da América do Sul.
Na prática, isso significa que o projeto é gerido por um comitê científico com mais de 30 pesquisadores de universidades, centros de pesquisa, órgãos governamentais e até representantes do setor privado.
“O MONAN é desenvolvido de forma comunitária. Temos a participação de instituições como o INPE, o Laboratório Nacional de Computação Científica, universidades federais e estaduais espalhadas pelo país, além de centros de meteorologia das Forças Armadas. Também contamos com empresas como a Itaipu Binacional e a Eletrobras, além de parceiros internacionais, como o Servicio Meteorológico Nacional, na Argentina, e a Universidad de Valparaíso, no Chile”, explana Saulo.
Essa estrutura colaborativa permite que diferentes grupos contribuam de forma contínua com avanços científicos, treinamento de novos profissionais e avaliação dos resultados. Cursos de capacitação já foram realizados com participação de instituições de toda a América do Sul, e novas formações devem ocorrer em parceria com a Organização Meteorológica Mundial.
Segundo o líder do MONAN, esse caráter unificado é justamente o que diferencia o projeto de modelos anteriores no Brasil. “Antes, o país tinha várias iniciativas isoladas, com diferentes grupos usando metodologias próprias. Isso acabava fragmentando os esforços e limitando nossa competitividade. O MONAN, ao contrário, é uma plataforma única, capaz de atender a múltiplas escalas espaciais e temporais, que será continuamente aperfeiçoada pela própria comunidade científica brasileira e regional”, reforça Saulo.
Desafios matemáticos
Para o professor Pedro Peixoto, integrante do comitê científico do MONAN e responsável pela parte de dinâmica atmosférica, a Matemática Aplicada é o coração do projeto. Um dos principais obstáculos está na transição dos métodos tradicionais para novas formas de representação espacial.
“Os modelos atmosféricos tradicionalmente usavam malhas regulares, baseadas em coordenadas de latitude-longitude. Esse sistema traz singularidades nos polos e não é adequado para supercomputadores modernos. O MONAN optou por malhas esféricas baseadas em células de Voronoi, o que gera muitos desafios matemáticos interessantes”, detalha o professor do Departamento de Matemática Aplicada na USP.
O desenvolvimento desse projeto envolve desafios matemáticos de grande complexidade. É preciso traduzir os fenômenos atmosféricos e oceânicos em sistemas de equações diferenciais parciais de altíssima dimensão, capazes de capturar desde movimentos globais até processos locais.
Segundo Freitas, esse é um dos pontos mais críticos: “Estamos lidando com sistemas que exigem não apenas formulação rigorosa, mas também soluções numéricas estáveis e eficientes. A escolha dos métodos matemáticos é determinante para que o modelo seja capaz de rodar em escalas cada vez mais finas, sem perder consistência física”, complementa.
Métodos e supercomputação
O modelo atmosférico do MONAN adota os chamados Métodos de Volumes Finitos Miméticos, que procuram imitar numericamente propriedades físicas fundamentais, como a conservação de massa e energia.
“A ideia central é trabalhar com fluxos nas arestas dos polígonos para avaliar a dinâmica local”, explica Peixoto.
Esse tipo de abordagem só é possível graças à infraestrutura de supercomputação prevista no projeto. Hoje, o MONAN é executado no supercomputador Santos Dumont, instalado no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), no Rio de Janeiro, um dos mais poderosos da América Latina.
“Rodar o MONAN exige uma infraestrutura que vá muito além do que temos em centros de meteorologia tradicionais. O Santos Dumont é essencial, porque nos permite realizar simulações de altíssima resolução, envolvendo bilhões de variáveis, em tempo compatível com a tomada de decisão. Sem essa máquina, seria inviável dar escala operacional ao projeto”, afirma Freitas.
O pesquisador do INPE acrescenta ainda que o cronograma prevê entregas concretas já em 2025. Apesar de atrasos logísticos na instalação do novo supercomputador, a expectativa é que o MONAN seja operacionalizado até o fim do ano.
“A nossa promessa para esse ano é entregar o MONAN rodando em previsão de médio prazo, significa uma previsão de até 15 dias, mas numa resolução extremamente inédita, uma resolução de 10 km global. Então, o país vai estar bastante competitivo, porque quando você olha o centro europeu, eles estão rodando o modelo global em uma faixa de nove quilômetros; a NOAA, nos Estados Unidos, roda em 12 km. Com o MONAN a 10 km, isso colocará o Brasil na fronteira da previsão de médio prazo”, destaca Freitas.
Fenômenos extremos e incertezas
Um dos objetivos centrais do MONAN é melhorar a previsão de fenômenos extremos, como chuvas intensas, ondas de calor e secas prolongadas. Para isso, a Matemática é decisiva.
“Precisamos de modelos de altíssima resolução, mas também de representações numéricas que respeitem propriedades físicas relevantes. Parece trivial, mas até garantir que o modelo não produza chuvas ‘negativas’ é um desafio matemático”, comenta Peixoto.
No caso das mudanças climáticas, a representação adequada da transferência de energia entre escalas é outro ponto sensível. “É essencial uma boa representação matemática da cascata de energia, respeitando tanto os processos locais quanto propriedades globais do sistema”, completa o professor do IME-USP.
Mas além da robustez matemática, o projeto MONAN precisa oferecer respostas úteis para a sociedade. É nesse ponto que entra o caráter probabilístico do modelo, capaz de orientar decisões estratégicas em diferentes áreas.
“O desafio não é apenas prever se vai chover ou não, mas entender a probabilidade de ocorrência de eventos críticos. Isso é o que faz a diferença na gestão de desastres e no planejamento de setores estratégicos, como energia, agricultura e recursos hídricos”, explica Saulo.
Formação de especialistas e impacto internacional
Além de inovar na ciência e tecnologia, todo o projeto evidencia a necessidade de formação de novos profissionais em Matemática Aplicada e Computacional.
“O desenvolvimento de modelos complexos exige um perfil raro: sólido em matemática, competente em computação e capaz de dialogar com o problema aplicado. O Brasil carece muito desse tipo de profissional, o que nos obriga, muitas vezes, a adotar modelos estrangeiros. Projetos como o MONAN mostram a urgência de investir nessa formação”, ressalta Peixoto.
Embora inspirado no modelo comunitário internacional MPAS – Model for Prediction Across Scales (Modelo para Previsão em Múltiplas Escalas, na tradução), o MONAN tem como diferencial a ênfase na realidade sul-americana. A expectativa é que, ao longo da próxima década, o projeto consolide uma base tecnológica sólida para previsões ambientais no Brasil, ao mesmo tempo em que fortalece a visibilidade da Matemática Aplicada desenvolvida no país.
Mais do que um sistema de previsão do tempo e do clima, o MONAN representa um esforço de integração científica e computacional, que recoloca o Brasil em uma posição estratégica diante dos desafios globais relacionados às mudanças climáticas.
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